铁碳合金的平衡结晶过程
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程
铁碳相图上的合金，按成分可分为三类：
⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。
⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。
⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C）
下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。
图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置
㈠ 工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程
合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为：
%31.0%1000008.069.60008.00218.03=?--=ⅢC Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转
变示意图。工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是
Fe 3C III 。
图3-27 工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-28 工业纯铁的显微组织 400× ㈡ 共析钢（图3-26中合金②）的结晶过程
共析钢的含碳量为0.77%，超过了包晶线上最大的含碳量0.53%，因此冷却时不发生包晶转变，其结晶过程及组织转变示于图3 - 29。合金液体在1 ~ 2 点间通过匀晶反应转变为奥氏体。在2 ~ 3点之间,不发生组织转变。到达3点以后，发生共析转变：γ0。77 → α0。0218 +Fe 3C ，由奥氏体相同时析出铁素体和渗碳体。反应结束后，奥氏体全部转变为珠光体。
继续冷却会从珠光体的铁素体中析出少量的三次渗碳体，但是它们往往依附在共析渗碳体上，难于分辨。共析钢的室温组织为100%的珠光体，如图3-30所示。由图3-30可以看出，珠光体是铁素体与渗碳体片层相间的组织，呈指纹状，其中白色的基底为铁素体，黑色的层片为渗碳体。室温下珠光体中两相的相对重量百分比为：
，%5.88%1000008.069.677.069.6=?--=αQ %5.11%5.88%1003=-=C Fe Q 。
图3-29 共析钢的冷却曲线及组织转变示意图图3-30 珠光体组织 400×
㈢亚共析钢（图3-27中合金③）的结晶过程
含碳量在0.09%~0.53%之间的亚共析钢结晶时将发生包晶反应。现以含0.45%C的钢为例分析亚共析钢的结晶过程，其冷却曲线及组织转变示于图3-31。该合金从液态缓慢冷却到1点后，发生匀晶反应,开始析出δ铁素体。到达2点温度时，匀晶反应停止，开始发
生包晶转变：L
0.53 + δ
0.09
→γ
0.17
。包晶转变结束后，除了新形成的奥氏体外，液相还有剩
余。温度继续下降，在2-3点之间，剩余的液相通过匀晶反应全部转变为奥氏体。在3-4点之间，不发生组织变化。冷却到4点，开始从奥氏体中析出铁素体，并且随温度的降低，铁素体数量增多。温度降到5点，奥氏体的成分沿GS线变化到S点，此时，奥氏体向铁
素体的转变结束，剩余的奥氏体发生共析反应：γ
0.77→α
0.0218
+ Fe
3
C，转变为珠光体。温
度继续下降，从铁素体中析出三次渗碳体，但是由于其数量很少，因此可忽略不计。亚共析钢的室温组织为珠光体+铁素体，如图3-32所示，图中的白色组织为先共析铁素体，黑色组织为珠光体。
图3-31 亚共析钢的冷却曲线及组织转变示意图
(a) 0.20%C (a) 0.45%C
图3-32 亚共析钢的显微组织 400×
室温下，含0.45%C 亚共析钢中先共析铁素体和珠光体两个组织组成物的相对重量百分比为：%6.41%4.58%100%4.58%1000008.077.00008.045.0=-==?--=αQ Q P ，。而铁素体和渗碳体两相的相对重量百分比为：
%3.93%7.6%100%7.6%1000008.069.60008.045.03=-==?--=αQ Q C Fe ，。 在0.0218%~0.77%C 范围内珠光体的相对重量随含碳量的增加而增加。由于室温下铁素体中含碳量极低，珠光体与铁素体密度相近，所以在忽略铁素体中含碳量的情况下，可以利用平衡组织中珠光体所占的面积百分比，近似地估算亚共析钢的含碳量：
%77.0%%?=面积P C 。式中，P Q P =面积，为珠光体的面积百分比。
㈣ 过共析钢（图3-26中合金④）的结晶过程
过共析钢的结晶过程及组织转变示于图3-33。合金液体在1~2点间发生匀晶转变，全部转变为奥氏体。冷却到3点后，开始沿奥氏体晶界析出二次渗碳体，并在晶界上呈网状分布。在3~4点之间，二次渗碳体量不断增多。温度降到4点，二次渗碳体析出停止，奥氏体成分沿ES 线变化到S 点，剩余的奥氏体发生共析反应：γ0.77 → α0.0218 + Fe 3C ，转变为
珠光体。继续冷却，二次渗碳体不再发生变化，珠光体的变化同共析钢。过共析钢的室温组织为珠光体 +网状二次渗碳体，如图3–34所示，图中的白色网状的是二次渗碳体，黑色为珠光体。
室温下，含1.2%C 过共析钢中二次渗碳体和珠光体两个组织组成物的相对重量百分比为：
%74.92%26.7%100%26.7%10077
.069.677.02.13=-==?--=
P C Fe Q Q ，。 过共析钢中Fe 3C Ⅱ的量随含碳量增加而增加，当含碳量达到2.11%时，Fe 3C Ⅱ量最大：
%6.22%10077.069.677.011.23=?--=ⅡC Fe Q 。
图3-33 过共析钢的冷却曲线及组织转变示意图
(a) 硝酸酒精浸蚀 (b) 苦味酸钠浸蚀
图3-34 过共析钢的显微组织 400×
㈤ 共晶白口铸铁（图3-26中合金⑤）的结晶过程
共晶白口铸铁的含碳量为4.3%，其结晶过程如图3-35所示。该合金液态冷却到1点
即1148?C 时，发生共晶反应：L 4。3 → γ2。11 + Fe 3C ，全部转变为莱氏体（Le ），莱氏体是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物，呈蜂窝状。此时：
%2.52%10011.269.63.469.6=?--=γQ ，%8.47%2.52%1003=-=C Fe Q 。温度继续下降，共晶奥氏体成分沿ES 线变化，同时析出二次渗碳体，由于二次渗碳体与共晶渗碳体 结合在一起而不易分辨，因而莱氏体仍作为一个组织看待。温度降到2点，奥氏体成分达到0.77%，并发生共析反应，转变为珠光体。这种由珠光体与共晶渗碳体组成的组织称为低温莱氏体，用符号Le’表示，此时，
%4.40%10077.069.63.469.6=?--=P Q ，%6.59%4.40%1003=-=C Fe Q 。温度继续下降，莱氏体中珠光体的变化与共析钢的相同，珠光体与渗碳体的相对重量不再发生变化。共晶白口铸铁的室温
组织为Le’（P+ Fe 3C ），它保留了共晶转变产物的形态特征，如图3-36所示，图中黑色
蜂窝状为珠光体，白色基体为共晶渗碳体。室温下两相的相对重量百分比为：
%7.35%1000008.069.63.469.6=?--=αQ ，%3.64%7.35%1003=-=C Fe Q 。
图3-35 共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图 图3-36 共晶白口铸铁的显微组织 400× ㈥ 亚共晶白口铸铁（图3-26中合金⑥）的结晶过程
以含3.0%C 的亚共晶白口铸铁为例进行分析，图3-37为其冷却曲线及组织转变示意图。当合金液体冷却到1点温度时，发生匀晶反应，结晶出奥氏体，称为一次奥氏体或先共晶奥氏体。在1~2点之间，奥氏体量不断增多并呈树枝状长大。冷却到2点以后，剩余液相的成分沿BC 线变化到C 点，并发生共晶转变，转变为莱氏体。继续降温，将从一次奥氏体和共晶奥氏体中析出二次渗碳体。由于一次奥氏体粗大，沿其周边析出的二次渗碳体被共晶奥氏体衬托出来。而共晶奥氏体析出二次渗碳体的过程，与共晶白口铸铁相同。温度降到3点，奥氏体成分沿GS 线变到S 点，并发生共析反应，转变为珠光体。其室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ+Le’，如图3-38所示，图中树枝状的黑色粗块为珠光体，其周围被莱氏
体中珠光体衬托出的白圈为二次渗碳体，其余为低温莱氏体。
室温下，含3.0%C 白口铸铁中三种组织组成物的相对重量百分比为：
%64.40%10011.23.411.20.3'=?--==Le Le Q Q ，%44.13%10077.069.677.011.211.23.40.33.43=?--?--=ⅡC Fe Q ，
%
92.45%44.13%64.40%100%1003'=--=--=ⅡC Fe Le P Q Q Q 。而该合金在结晶过程中所析出的所有
二次渗碳体（包括一次奥氏体和共晶奥氏体中析出二次渗碳体）的总量为：
%24.18%10011.269.677.011.211.269.60.369.63=?--?--=总ⅡC Fe Q 。
图3-37 亚共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图图3-38 亚共晶白口铸铁的显微组织 400×
㈦过共晶白口铸铁（图3-26中合金⑦）的结晶过程
过共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示于图3-39。合金液体在1--2点间发生匀晶
反应，结晶出一次渗碳体Fe
3C
Ⅰ
。一次渗碳体呈粗条片状。冷却到2点，余下的液相成分
沿DC线变化到C点，并发生共晶反应，转变为莱氏体。继续冷却，一次渗碳体成分重量
不再发生变化，而莱氏体的变化同共晶合金。过共晶白口铸铁的室温组织为Fe
3C
Ⅰ
+Le’，
如图3-40所示，图中粗大的白色条片为一次渗碳体，其余为低温莱氏体。
图3-39 过共晶白口铸铁的冷却曲线及组织转变示意图图3-40 过共晶白口铸铁的显微组织 400×
㈧组织组成物在铁碳合金相图上的标注
根据以上对铁碳合金相图的分析，可将组织组成物标注在铁碳合金相图中，如图3-41
所示。组织组成物的标注与相组成物的标注的主要区别在γ+Fe
3C和α+Fe
3
C两个相区，γ+ Fe
3
C
相区中有四个组织组成物区，α+ Fe
3
C相区中有七个组织组成物区。
用组织组成物标注的相图直观地反映了各合金在不同温度下的组织状态。
图3-41 以组织组成物标注的铁碳合金相图
铁碳合金平衡组织观察与分析
实验四铁碳合金平衡组织观察与分析 一、实验目的 1、熟悉掌握铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。 2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二、实验原理 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。可根据以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织，如图4–１所示。 图4–1以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图 铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切相关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深
对Fe-Fe3C相图的理解。 从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。 在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义见表4–１。 表4–１铁碳相图中各特征点的说明 Fe- Fe3C相图中有二条水平线（此处不介绍包晶线及包晶反应）： ECF水平线（1148?C）为共晶线，在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→ A2.11 + Fe3C 。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称高温莱氏体（Ld）。 PSK水平线（727?C）为共析线，在该线温度下将发生共析转变：A0.77→ F0.0218 + Fe3C 。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称珠光体（P）。共析线又称为A1线。 Fe- Fe3C相图中还有固态转变线：GS为A体?F体固溶体转变线，又称为A3线；ES线为碳在A体中的固溶线。称为A cm线；PQ线为碳在F体中的固溶线。
实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析 一、实验目的 1认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征; 2?了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。建立起 3. 了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。 平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。 退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。 图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。 在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素 体和渗碳体两种基本相构成。 但是由于含碳量不同、 合金相变规律的差异， 致使铁碳合金在 室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。表 1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。 表织 合金分类 含碳量/% 显微组织 工业纯铁 <0.0218 铁素体（F ） 碳钢 亚共析钢 0.0218 ?0.77 F+珠光体（P ） 共析钢 0.77 P 过共析钢 0.77 ?2.11 P+二次渗碳体（C n ） 白口铸铁 亚共晶白口铸铁 2.11 ?4.3 P+ C n +莱氏体（L e ） 共晶白口铸铁 4.3 L e 过共晶白口铸铁 4.3 ?6.69 L e +二次渗碳体（C l ） 铁碳合金显微组织中， 铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色， 而它 们之间的相界则呈黑色线条。采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀， 铁素体仍为白色，而渗碳 体则被染成黑色。 图1以组织组成物表示的铁碳合金相图 概述 Fe-Fe 3C 状态图与平衡组织的关系; 在实验条件下, A+Lc*Fe^C A*F C ^C B 9000- “匕 F+ F +FejC ■
铁碳合金的各种基本组织特征如下： 1. 工业纯铁 含碳量小于0.0218 %的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。当显微组织中有三次渗碳体时，则在某 些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。 (a) 250X (b) 700X 图2工业纯铁的显微组织 2. 碳钢 碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。其组织 特征如下： (1) 共析钢 含碳量为0.77 %的铁碳合金称为共析钢，其显微组织是珠光体。珠光体是层片状铁素 体和渗碳体的机械混合物。两相的相界是黑色的线条，在不同放大倍数条件下观察，则具有不同的组织特征，在高倍数(>500倍)电镜下观察时，能清晰地分辨珠光体中平行相间的宽条铁素体和细片状渗碳体，如图3(a)所示。在300?400倍光学显微镜下观察时，由于显 微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时所看到的渗碳体片就是一条黑线?如图3(b)所示。珠光体有类似指纹的特征。 (A) SOTx (b) 300 x 图3共析钢的珠光体组织 (2) 亚共析钢 含碳量为0.0218%?0.77%的铁碳合金称为亚共析钢，室温下的显微组织是铁素体+珠光体。铁素体呈白色不规则块状晶粒，珠光体在放大倍数较低或浸蚀时间长、浸蚀液浓度加大时，则为黑色块状晶粒，如图4所示。
铁碳合金相图分析及应用
第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 三、渗碳体
Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：
实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析 一、实验目的 1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征； 2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。 二、概述 平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。 图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。 合金分类含碳量/% 显微组织 工业纯铁<0.0218 铁素体（F） 碳钢 亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P) 共析钢0.77 P 过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ) 白口铸铁 亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e） 共晶白口铸铁 4.3 L e 过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I) 铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。 图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图
铁碳合金的各种基本组织特征如下： 1.工业纯铁 含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。 （a）250X （b）700X 图2 工业纯铁的显微组织 2.碳钢 碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。其组织特征如下： (1)共析钢 含碳量为0.77％的铁碳合金称为共析钢，其显微组织是珠光体。珠光体是层片状铁素体和渗碳体的机械混合物。两相的相界是黑色的线条，在不同放大倍数条件下观察，则具有不同的组织特征，在高倍数（>500倍）电镜下观察时，能清晰地分辨珠光体中平行相间的宽条铁素体和细片状渗碳体，如图3(a)所示。在300～400倍光学显微镜下观察时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时所看到的渗碳体片就是一条黑线．如图3(b)所示。珠光体有类似指纹的特征。 图3 共析钢的珠光体组织 (2)亚共析钢 含碳量为0.0218%～0.77%的铁碳合金称为亚共析钢，室温下的显微组织是铁素体＋珠光体。铁素体呈白色不规则块状晶粒，珠光体在放大倍数较低或浸蚀时间长、浸蚀液浓度加大时，则为黑色块状晶粒，如图4所示。
典型铁碳合金的结晶过程
一、共析钢的结晶过程 图中Ⅰ表示共析钢（Wc＝0.77％），合金在1点以上为液体（L），当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体（A），A的数量随温度的下降而增多。 温度降到2点时，液体全部结晶为奥氏体。2～S点之间，合金是单一奥氏体相。继续缓冷至S点时，奥氏体发生共析转变，转变成珠光体（P）。727℃以下，P基本上不发生变化。故室温下共析钢的组织为P。 共析钢的结晶过程如下图。 二、亚共析钢的结晶过程 图3－6中合金Ⅱ表示亚共析钢。合金在1点以上为液体。缓冷至稍低于1点，开始从液体中结晶出奥氏体，冷却到2点结晶终了。在2～3点区间，合金为单一的奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出时，就会将多余的碳原子转移到奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量增加。沿着GS线变化。当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件，转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室温组织为铁素体＋珠光体。 亚共析钢的结晶过程如图3－8所示。 三、过共析钢的结晶过程 图3-6中合金Ⅲ表示过共析钢。合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。缓冷至3点时，奥氏体中开始沿晶界析出渗碳体（即二次渗碳体）。随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳愈来愈多，而奥氏体中的含碳量不断减少，并沿着ES线变化。3～4点之间的组织为奥氏体＋二次渗碳体。降至4点（727℃）时，奥氏体的成分达到了共析成分，于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体。在4点以下，合金的组织不再发生变化。故室温组织为珠光体＋二次渗碳体。过共析钢结晶过程如图3－9。
铁碳合金平衡组织观察实验报告23
铁碳合金平衡组织观察实验报告 一、实验目的 （1）观察和识别铁碳和金（碳素钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织特征; （2）了解铁碳合金成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织、性能之间的关系； （3）熟悉金相显微镜的使用。 二、实验原理 状态图是研究铁碳合金组织与成分关系的重要工具，了解和掌握状态图，对于制定钢铁材料的各种加工工艺有着很重要的指导意义。 所谓平衡状态的显微组织是指合金在极缓慢的条件下冷却到室温所得到的组织。铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的缓慢冷却到室温得到的组织，它们是（特别是碳钢）工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织有密切的关系。 三、使用的仪器设备 金相显微镜 四、实验方法、步骤 （1）实验前，阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备； （2）在老师的指导下调节好金相显微镜； （3）在金相显微镜下分别观察工业纯铁、20钢、45钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁等9种铁碳合金的平衡组织，识别钢和铁的组织形态的特征；根据相图分析各合金的形成过程；建立成 分，组织之间相互关系的概念； （4）画出所观察金相样品的显微组织示意图。 五、实验结果分析 （1）根据所观察并画出的金相样品的显微组织示意图，在图中标出组织，在图下标出：含碳量、组织、放大倍数、侵蚀剂。 样品名称：1.2%碳钢 状态：退火 显微组织：珠光体和网状渗碳体 放大倍数：500倍 侵蚀剂：3%硝酸酒精溶液 样品名称：共晶白口铁 状态：铸造 含碳量：4.3% 显微组织：莱氏体 放大倍数：400倍；侵蚀剂：3%酒精溶液 样品名称：工业纯铁 含碳量：C%小于0.02%
铁碳合金平衡组织观察与分析实验报告
铁碳合金平衡组织观察与 分析 材料工程1601 实验者：王XX 学号：1703XXXXX
一实验目的 1、区别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织； 2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二概述 铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的组织，其相变过程均按Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。 图3-1 Fe-Fe3C相图 如图3—1所示，所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态，见表4—1。 碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织：
表4—1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 及良好的塑性，硬度较低。用3—4％硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。 （2）渗碳体（FeC）是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6．67％。当用3～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳
体呈黑色而铁素体仍为白色。由此可区别铁素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈观不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。 （3）珠光休（P）是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸蚀后可观察到两种不同的组织形态： 1）片状珠光体它是由铁素休与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具存不同特征的层片状组织。在高倍放大时（照片4—1），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。当放大倍数低时（照片4—2），由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时就只能看到一条黑线，它实际上就表示渗碳体。当组织较细而放大倍数更低时，珠光体片层就不能分辨，而呈黑色。 2）球状珠光体球状珠光休组织的特征是在亮白色的铁素体基体上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈暗黑色，如照片4—3。 上述各类组织组成物的机械性能见表4—2。 （4）莱氏体（L）室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。它是由含碳量为4.3％的液态共晶白口铸铁在1147℃共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶渗碳体）其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在723℃以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。 表4—2 各类组织组成物的机械性能
铁碳合金的平衡结晶过程
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁（<0.0218% C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵ 碳钢（0.0218%~2.11%C ），其特点是高温组织为单相A ，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C ）、共析钢（0.77%C ）和过共析钢（0.77%~2.11%C ）。 ⑶ 白口铸铁（2.11%~6.69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C ） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠ 工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为： %31.0%1000008.069.60008.00218.03=?--=ⅢC Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双 晶界内是Fe 3C III 。
铁碳合金平衡组织显微分析
铁碳合金平衡组织显微分析 金相试样的制备 一、实验目的 1.熟悉金相显微试样的制备过程 2.了解掌握金相显微试样的制备方法 二、概述 在利用金相显微镜作金相显微分析时，必须首先制备金相试样，我们在显微镜中所观察到的显微组织，是靠光线从试样观察面上的反射来实现的。若试样观察面上的反射光能进入物镜。我们就可以从目镜中观察到反射的象，否则就观察不到。 图2-1 光线在不同表面上的反射情况 由图2-1所示可见，未经制备的试样的表面相当于无数多个与镜筒不垂直的平滑表面，这是不能成象的。因此，我们要先把试样观察面制备成光滑平面。但是光滑平面在显微镜下只看到光亮一片，而不能看到显微组织结构特征，故还须用一定的浸蚀剂浸蚀试样观察面，使某些耐浸蚀弱的区域不同程度地受到浸蚀而呈现微观察的凸凹不平。这些区域的反射光线被散射而呈暗色。由于明暗相衬，在显微观察中就能表示试试样磨面组织结构的特征了。 金相试样的制备包括试样的切取、镶嵌、磨制抛光、锓蚀等五个步骤。 1. 取样 试样应根据分析目的和要求在有代表的位置上截取。一般地说，取横截面主要观察：1、试样边缘到中心部位显微组织的变化。2、表层缺陷的检验、氧化、
过滤、折叠等。3、表面处理结果的研究，如表面淬火、硬化层、化学热处理层、镀层等。4、晶粒度测定等。通过纵截面可观察：1、非金属夹杂；2、测定晶粒变形程度；3、鉴定带状组织及通过热处理消除带状组织的效果等。试样一般可用手工切割、机床切割、切片机切割等方法截取(试样大小为φ12×12mm圆柱体或12×12×12mm的立方体)。不论采用哪种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。 2. 镶嵌 当试样的尺寸太小(如金属丝、薄片等)时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料(如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等)中，如图2-2所示。 图2-2 试样的镶嵌（见实验室挂图） 3. 磨制 试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。 a. 粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，钢铁材料试样的粗磨可用锉刀锉平，也可在砂轮机上磨制。但应注意：试样对砂轮压力不宜过大。否则会在试样表面形成很深的磨良，增加精磨和抛光的困难，要随时用水冷却试样，以免受热引起组织交化；试样边缘的棱角若无保存必要，可先行磨圆(倒角)，以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。 b. 细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的痕(如图2-3)所示。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步
铁碳合金相图全面分析
铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相
1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
铁碳合金平衡组织的显微分析实验
“铁碳合金平衡组织的显微分析实验”实验报告 一、实验目的 （1）熟悉室温下碳钢与白口铸铁平衡状态下的显微组织，明确成分-组织之间的关系。 （2）进一步熟悉金相显微镜的操作。 二、实验原理 碳钢与白口铸铁在室温下，其平衡状态下的组织中的基本组成相均为铁素体与渗碳体。但是由于碳含量及处理不同，它们的数量、分布及形态有很大不同，因此在金相显微镜下观察不同铁碳合金，其显微组织也就有很大差异。 碳含量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁。碳含量小于0.006%的工业纯铁显微组织为单相铁素体；碳含量大于0.006%的工业纯铁的显微组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。 根据碳含量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三类。碳含量为0.77%的铁碳合金为共析钢。其显微组织为片状渗碳体分布于铁素体基体上的机械混合物——珠光体；碳含量小于0.77%的铁碳合金称为亚共析钢。其显微组织为铁素体和珠光图。 碳含量大于0.77%的铁碳合金称为过共析钢。其显微组织为珠光体和二次渗碳体。 碳含量大于2.11%的铁碳合金为铸铁，不含石墨只含渗碳体相的铸铁称为白口铸铁。 碳含量为4.3%铁碳合金称为共晶白口铸铁。室温下其组织为珠光体和渗碳体的机械混合物——莱氏体。碳含量小于4.3%铁碳合金称为亚共晶白口铸铁。其显微组织为莱氏体、珠光体和二次渗碳体。碳含量大于4.3%铁碳合金称为过共晶白口铸铁。其显微组织为莱氏体和一次渗碳体。 三、实验装置及试件 金相显微镜、碳钢和白口铸铁平衡组织金相试样一套、金相图谱、材料检索表。 四、实验步骤 （1）领取金相试样一套和金相图谱一本（注意不可用手触摸材料面及显微镜镜头）； （2）打开金相显微镜电源（若有变压器须先接变压器后接电源）； （3）用金相显微镜调整光圈并调焦后逐个观察金相试样的显微组织（观察T8钢时需用400x目镜，其它用100x目镜），并仔细观察其特征。 （4）选取5个符合要求的适宜的不同材料画出其显微组织（所画的组织要有代表性； 组织中组成物的大小与放大倍数一致，其数量与合金成为相符合；对每个图应 按要求标注，记录其序号、材料、状态、浸蚀剂与金相组织，用指引线指明组 织组成物的名称）。 五、实验结果
实验-铁碳合金平衡组织观察
实验-铁碳合金平衡组织观察
实验 Fe－Fe3C相图观察 一、实验目的 1．认识铁碳合金的平衡组织。 2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响规律。 3．加深对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能间关系的认识。 二、实验原理 铁碳合金的显微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。因此我们可以根据Fe－Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（图1-1所示）。 图1-1 Fe－Fe3C相图
铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe－Fe3C相图的理解。 从Fe－Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相组成。但是由于含碳量不同，因而呈现各种不同的组织形态。 用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织。 1．铁素体（F）——碳在α-Fe中形成的固溶体。铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，硬度较低。用3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒，黑色网是晶界，这是因为晶粒晶界耐腐蚀性不同，而且各晶粒的位向不同呈现不同的颜色；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。 2．渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常是不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 3．珠光体（P）一是铁素体和渗碳体的机械混合物。在一般退火处理情况下，是由铁素体与渗碳体相互混合交替形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液侵蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体厚度，这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。 4．低温莱氏体（Le）——是在室温时珠光体十二次渗碳体十渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3％的共晶白口铸铁在1147℃对形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体机械合物，称为莱氏体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳
铁碳合金相图与热处理
1 铁碳合金的基本组织 1.1. 铁素体：碳与α-F e 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F 表示。强度和硬度低，塑性和韧性好。纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394℃及912℃时，先后发生两次晶格类型的转变。金属在固态下发生的晶格类型的转变称为同素异晶转变。同素异构转变伴有热效应产生，因此在 纯铁的冷却曲线上，在1394℃及912℃处出现 平台。铁的同素异晶转变如下：温度低于912 ℃的铁为体心立方晶格，称为α-F e ；温度在912~1394℃间的铁为面心立方晶格，称为γ-F e ；温度在1394~1538℃间的铁为体心立方晶格，称为δ-F e 。 1.2. 奥氏体：碳与γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示或γ表示，其最大溶解度为2.11wt%C ，发生于1148℃，碳多存在于面心立方γ结构的八面体空隙。奥氏体与γ-Fe 均具有顺磁性，高温组织，在大于727℃时存在。塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A ，提高塑性，易于加工。碳的原子半径较小，在α-Fe 和γ-Fe 中均可进入Fe 原子间的空隙而形成间隙固溶体。碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferri te ），常用符号F 或α表示，其最大溶解度为0.0218wt %C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。铁素体与α-F e 在居里点770℃以下均具有铁磁性。 2 铁碳合金状态图 1.3. 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe 3C 表示 A1
1.4. 珠光体：F与F e3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。 1.5. 莱氏体：A与F e3C混合物硬度高，塑性差。 在HJ B 水平线（1495℃）发生包晶转变：转变产物是γ。此转变仅发生在含碳0.09~0.53%的铁碳合金中。 ECF 水平线（1148℃）发生共晶转变：转变产物是γ和Fe3C 的机械混合物，称为莱氏体（le deb uri te），用符号L d或L e表示。含碳2.11~6.69%的铁碳合金都发生此转变。 在PSK 水平线（727℃）发生共析转变：转变产物是α和F e3C 的机械混合物，称为珠光体（pea rli te），用符号P表示。所有含碳量超过0.0218%的铁碳合金都发生这个转变。共析转变温度通常称为A1温度（727℃）。 ABCD线：液相线，液相冷却至此开始析出，固相加热至此全部转化为液体。 AHJEC F线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相至此开始转化。 GS 线：γ中开始析出α或α全部溶入γ的转变线，常称此温度为A3（727℃~912℃）温度。A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A。 ES 线：碳在γ中的溶解度线。常称此温度为A c m（727℃~1148℃）温度。低于此温度时，γ中将析出F e3C，称为二次渗碳体F e3C II，以区别于从液体中经C D 线结晶出的一次渗碳体F e3C I。 PQ 线：碳在α中的溶解度线。α从727℃冷却下来时，也将析出F e3C，称为三次渗碳体F e3C I I。 ECF线：共晶线，含C量 2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C 混合物，莱氏体。 2.1 状态图主要点线、主要点 2.2 铁碳合金分类 2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%：共析钢含C量0.77%；亚共析钢0.0218-0.77%；
铁碳合金平衡组织观察精讲实验报告
实验四铁碳合金平衡组织观察 一、实验目的： 1．了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 2．分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二、实验原理及内容： 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，平衡组织指合金在极其缓慢的冷却速度下得到的组织。在实验条件下，退火态的铁碳合金组织可以看成平衡组织。铁碳合金平衡组织是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们性能与其显微组织密切相关。 1. 铁碳合金平衡状态图 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图（如图5-1所示），来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 图5-1 Fe－Fe C相图 3 从—相图上可以看到所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体（F）和渗碳体（）这两个基本相组成，但是由于含碳量的不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同。因而呈现各种不同的组织形态，其性能也各不相同。 2.几种基本组织组成物 用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。 表1 各种铁碳合金在室温下的平衡组织
3、各种组成相或组织组成物的特征 a)铁素体(F)是碳溶于α-Fe的固溶体。铁素体为体心立方晶格。 具有磁性及良好的塑性，硬度较低，一般为80HB～120HB，经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织(如图1所示)。亚共析钢中，随着钢中碳质量分数的增加，珠光体量增加而铁素体量减少。铁素体量较多时，呈块状分布(如图2所示)。当钢中碳质量分数接近共析成份时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围(如图3所示)。 b)渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物，它的碳质 量分数为％，抗浸蚀能力较强。经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。 一次渗碳体(Fe 3C Ⅰ )是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在 莱氏体中；二次渗碳体(Fe 3C Ⅱ )是由奥氏体(A)中析出的，数量较少，皆 沿奥氏体晶界析出，在奥氏体转变成珠光体后，它呈网状分布在珠光体
铁碳合金平衡组织的金相分析
实验四铁碳合金平衡组织观察 一实验目的 1、了解金相显微镜的基本原理、金相试样的制备原理，掌握常用显微镜的使用方法。 2、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。 3、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性 能之间的相互关系。 二概述 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。我们可根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如下图所示）。 按组织分区的Fe-Fe3C相图 铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。
从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。 用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。 （1）铁素体（F）——是碳在α-Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，硬度较低。用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分，铁素体呈断的网状分布于珠光体周围。 (2) 渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体乃为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 （3）珠光体（P）——铁素体和渗碳体的机械混合物，是一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体互混交替排列形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。高碳工具钢（过共析钢）经球化退火处理后还可获得球状珠光体。 （4）莱氏体（Ld/）——是在室温时珠光体及二次渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148°C时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727°C以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相同地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。
10讲 典型合金的结晶过程及组织
《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金的结晶过程及组织 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的： 1．了解铁碳合金的类型； 2．掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织； 3．掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。 重点、难点：六种典型合金的结晶过程及组织 教学过程： 4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织 4.3.1铁碳合金的分类 铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。由简化的Fe-Fe 3C 相图，如图4-4所示。 图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类： 1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%） 性能特点：塑性韧性好，硬度强度低。 2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%） 共析钢：Wc=0.77%，室温组织为P 。 亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%，室温组织为F+P 。 过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%，室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ 3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%） 共晶白口铸铁： Wc=4.3%，室温组织为L’d 亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%，室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。 过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%，室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ 4.3.2典型铁碳合金的结晶过程 Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图F 0.0218K F 0 2.110.77 4.3D
依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。 1．共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示)： AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)??→??→???→共析 图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织 2．亚共析钢的结晶过程分析（如图4-7、4-8所示）： AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F ??→+??→??→+???→+???→+共析 图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。 3．过共析钢的结晶过程分析（如图4-9、4-10所示）： 333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C ??→+??→??→+???→+???→+共析
实验一铁碳合金平衡组织显微分析报告材料指导书及实验报告材料材料2
实验指导书 实验一铁碳合金平衡组织显微分析 一、实验目的 1．了解碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。 2．分析成分（含碳量）对碳钢和白口铸铁显微组织的影响， 理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二实验内容及步骤 1．实验前复习教材中有关内容和预习实验指导书。 2．在显微镜下对各种试样进行观察和分析，确定其组织组成物。 3．画出所观察的显微组织示意图。 4．根据显微组织中珠光体所占面积的百分数近似地确定一种亚共析钢的平均含碳量。 三、实验设备及材料 1．金相显微镜 2．金相图谱 3．各种铁碳合金显微试样 Ⅰ-1 工业纯铁； Ⅰ-2 20 钢；Ⅱ-1 亚共晶白口铸铁;
Ⅰ-3 T8 钢；Ⅱ-2 共晶白口铸铁； Ⅰ-4 T12 钢; Ⅱ-3 过共晶白口铸铁 四、实验注意事项 1．在观察显微组织时，可先用低倍全面进行观察，然后用高倍对部分区域进行详细观察。 2．要正确使金相显微镜，特别要注意：将显微镜的灯泡（6~8V）插头，插在变压器上，切勿直接插在200V的电源插座上，否则灯泡立即烧坏。 3．对试样，不得用手触摸试样表面或将试样重叠起来，以免损伤试样表面。 4．画显微组织图时，应抓住其形态特点，注意不要将磨痕或杂质画在图上。 五、实验报告要求 1．实验目的。 2．画出所观察过的显微组织示意图 （在直径为30mm的圆内画，并将组织组成物名称以箭头引出标明， 在图的下面注明材料名称、含碳量、侵蚀剂、放大倍数，以及简单的描述。）。 3．根据所观察的组织，近似地估算一种亚共析钢的含碳量。 实验报告 实验一铁碳合金平衡组织显微分析
学生姓名班级学号 实验日期指导教师
对金属材料与热处理中“铁碳合金相图”的教学见解
对《金属材料与热处理》中“铁碳合金相图”的教学见解- 建筑论文 对《金属材料与热处理》中“铁碳合金相图”的教学见解 林颖 （江苏省徐州技师学院建筑工程系，江苏徐州221151） 【摘要】“铁碳合金相图”表明了金属（铁碳合金）的组织和性能随成分、温度变化的规律。而且在铁碳合金相图可以帮助学生根据金属材料的成分推断其组织，根据组织定性分析其力学性能，另外在选材、铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有广泛的应用。铁碳合金相图是学生全面认识碳钢、合金钢和铸铁的必要的工具，因此学生对铁碳合金相图掌握的好坏直接影响对本课程的学教学效果。 关键词同素异晶转变；铁碳合金的基本相；铁碳合金相图 《金属材料与热处理》是一门专业性较强、理论抽象概念较多的专业技术基础课。它在基础理论课与专业技术课之间起到承上启下的作用。该课程内容庞杂、理论性强、涉及知识面广，是一门综合性很强的课程。它要求学生通过系统的学习之后，能够掌握金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律并能够合理运用。全书的教学内容可分为两大方面，一是学习《金属材料与热处理》理论基础及基本原理，另一方面是理论知识的灵活运用。“铁碳合金相图”表明了金属（铁碳合金）的组织和性能随成分、温度变化的规律。而且在铁碳合金相图可以帮助学生根据金属材料的成分推断其组织，根据组织定性分析其力学性能，另外在选材、铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有广泛的应用。铁碳合金相图是学生全面认识碳钢、合金钢和铸铁的必要的工具，因此学生对铁
碳合金相图掌握的好坏直接影响对本课程的学习。我认为铁碳合金相图是全书的重点内容。 学生对知识的学习过程，是一个循序渐进的过程，需要学生在掌握基础知识的前提下对所学知识思考、理解、内化并能够在实践中灵活运用的从而使自己认识问题和解决问题的能力不断提高。职业学校的学生学习基础普遍较差，学习能力还有待培养。大部分学生的认知特点是形象思维长于逻辑思维对于理论知识更是感到枯燥无味而铁碳合金相图是一个理论性较强的知识，学生学起来更是难以理解，《金属材料与热处理》这门学科与生产实践紧密联系。由于受学校教学设备的和实验室的限制学生在学习过程中不能对实验数据进行处理和分析从实验中亲自绘出相图!并且相图包含内容较多，乍一看来——较多的点和线，学生学习起来往往感到千头万绪，不知从何入手，抓不住重点，对其理解起来较难。所以铁碳合金相图也是全书的难点。如何使学生够彻底地掌握铁碳状态图并应用到生产实践中我从教学中总结出如下几方面： 授课时要由浅入深、由表及里、层层阐述、前面所讲的为后面所学的知识的基础，后面所讲的知识又是前面知识的必然发展和结论。所以时刻注意知识的连贯性，循序渐进。在分析铁碳合金相图时要注意对纯铁的同素异晶转变、铁碳合金的基本相等基础知识的复习，由于内容较散、概念抽象为了便于学生理解和记忆，笔者进行归纳和总结并通过公式将分散的知识有机的联系起来，使内容直观易懂，减轻了学生的理解和记忆负担。例如：在复习铁碳合金的基本相时设计了如下公式；